In recent years, mobile robots are becoming ambitious and deployed in large-scale scenarios. Serving as a high-level understanding of environments, a sparse skeleton graph is beneficial for more efficient global planning. Currently, existing solutions for skeleton graph generation suffer from several major limitations, including poor adaptiveness to different map representations, dependency on robot inspection trajectories and high computational overhead. In this paper, we propose an efficient and flexible algorithm generating a trajectory-independent 3D sparse topological skeleton graph capturing the spatial structure of the free space. In our method, an efficient ray sampling and validating mechanism are adopted to find distinctive free space regions, which contributes to skeleton graph vertices, with traversability between adjacent vertices as edges. A cycle formation scheme is also utilized to maintain skeleton graph compactness. Benchmark comparison with state-of-the-art works demonstrates that our approach generates sparse graphs in a substantially shorter time, giving high-quality global planning paths. Experiments conducted in real-world maps further validate the capability of our method in real-world scenarios. Our method will be made open source to benefit the community.


翻译:近年来,移动机器人正在变得雄心勃勃,并被大规模部署。作为对环境的一种高度了解,一个稀有的骨骼图有助于更有效的全球规划。目前,骨骼图生成的现有解决方案存在若干重大局限性,包括对不同地图表示的适应性差、依赖机器人检查轨迹和高计算间接费用。在本文件中,我们提出了一个高效和灵活的算法,产生一个轨迹独立的三维分散的表层骨架图,捕捉自由空间的空间结构。在我们的方法中,一个高效的射线取样和验证机制被采用,以找到独特的自由空间区域,从而帮助形成骨骼图的脊椎,使相邻的脊椎之间的可移动性成为边缘。一个周期形成机制也用来保持骨骼图的紧凑性。基准与最新工程的比较表明,我们的方法在短得多的时间内产生稀疏的图表,提供了高质量的全球规划路径。在现实世界地图中进行的实验进一步验证了我们的方法在现实世界情景中的能力。我们的方法将变得开放的来源。

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